Наша Земля (происхождение, состав, строение и развитие изначально гидридной Земли)

«Наши представления о термодинамических и химических условиях глубин нашей планеты заставляют нас видеть в них среды, благоприятные для существования водородистых тел. Здесь активность химических реакций уменьшается, кислород быстро сходит на нет, начинают все более и более преобладать металлы типа железа и, по-видимому, растет количество водорода. В то же самое время температура и давление повышаются. Все это должно привести к сохранению в этих глубинах водородистых соединений, и в том числе растворов водорода в металлах» (В. И. Вернадский, Избранные сочинения, том 4, кн. 2, стр. 13–14, 1960).

Ссылка на великого соотечественника дана мною отнюдь не из-за стремления спрятаться за непререкаемый авторитет. В то время все это могло быть лишь на уровне интуитивной догадки. И все же мне представляется сверхъестественным, как можно было угадать суть, имея в активе лишь понимание того, что водород занимает «несравнимое с другими элементами господствующее положение в химии мироздания» (Вернадский, там же). Вместе с тем, академик Вернадский придавал большое значение этой гипотезе, и основывал на ней многие свои построения. И весьма примечательно, что тогда высказывание альтернативы не было сопряжено с риском для репутации. Иными словами, тогда версия «ядро — железное, мантия — силикатная» еще не была «канонизированной догмой», каковой она стала в дальнейшем, к 60-м годам XX века, несмотря на отсутствие четкой доказательной базы. Для историков науки, видимо, будет интересно выяснить причину столь необычного хода событий.

6. ЯДРО ЗЕМЛИ.

6.1. Внутреннее ядро планеты.

Внутреннее ядро планеты по геофизическим данным представляется твердым и, по бытующим воззрениям, имеет плотность порядка 12 г/см³ В рамках наших построений оно представлено гидридами металлов, среди которых резко преобладают кремний и магний (см. табл. 1). В настоящее время отсутствуют экспериментальные данные по сжимаемости гидридов при давлении порядка миллиона атмосфер и более (давление во внутреннем ядре от 3 до 3,6 мегабара). Я надеюсь, что они появятся в связи с моими публикациями. И в этих будущих экспериментах следует учитывать, что гидриды достаточно нестойкие вещества и могут разлагаться на фронте ударной волны (от резкого термического нагрева). Кроме того, они достаточно активно реагируют с влагой атмосферы, а некоторые при контакте с влажным воздухом взрываются. Поэтому следует предусмотреть сборку опытов в сухой инертной атмосфере и лучше направить свои усилия для создания статического сжатия.

И все же давайте обсудим некоторые аспекты сжимаемости кристаллических тел, и гидридов в их числе. Вдруг обнаружится что-нибудь принципиально важное?

В условиях всестороннего (гидростатического) сжатия в кристаллических телах сначала закрываются поры и микротрещины, затем происходит трансформация кристаллической решетки до плотнейшей упаковки. Но когда эти возможности исчерпаны, а давление растет, то дальнейшее уплотнение происходит из-за уплотнения самих атомов (из-за уменьшения атомных радиусов). При этом наблюдается четкая корреляция чем более рыхлой является внешняя электронная оболочка атома, тем больше сжимаемость. В процессе сопоставления данных под «рыхлостью» мы принимали объем, приходящийся на электрон внешней оболочки, и, естественно, чем больше этот объем, тем больше рыхлость. Чемпионами в этом плане являются щелочные металлы, у них только один электрон во внешней оболочке, которая занимает внешнюю половину радиуса атома. Поэтому щелочные металлы обладают гораздо большей сжимаемостью по сравнению с другими элементами.

Здесь важен один момент, который обсудим на примере калия. У этого элемента объем, занимаемый внешним электроном, примерно в 5 раз больше того объема, в котором ютятся остальные 18 его электронов. При давлении в 100 кбар калий уплотняется в 2 раза, а при 200 кбар — только в 2,3 раза. При еще больших давлениях кривая вообще «выходит на плато» (см. рис. 6) и даже при давлении в 500 кбар уплотнение вряд ли будет больше 2,5 раз. Это ограничение на сжимаемость обусловлено тем, что при сокращении объема внешней оболочки ее электрон входит в кулоновское взаимодействие с внутренними электронными оболочками, которые полностью заполнены и практически несжимаемы.

Рис. 6

. Сжимаемость калия в виде металла и гидрида в условных единицах. За единицу принята плотность калия при нулевом давлении.